La energía nuclear ha sido un tema de debate desde hace décadas, pues genera opiniones controversiales en la sociedad. Ya sea mediante fusión o fisión, la generación de energía eléctrica a partir de estos procesos es un tema de actualidad que, en el primer caso promete un futuro verde y limpio y, en el segundo, busca cada vez tener mejores rendimientos reduciendo la producción de material nuclear tóxico.

Así, actualmente uno de los pilares de esa forma de energía es el reactor nuclear, protagonista del proceso de fisión y que se alza como una maravilla de la ingeniería que impulsa todo tipo de mecanismos, desde centrales eléctricas hasta submarinos nucleares. Te contamos cómo funcionan estas fascinantes instalaciones, donde la generación de energía eléctrica se alza como principal objetivo.

Fusión nuclear: la energía de las estrellas

LA FISIÓN NUCLEAR

Se conoce como energía nuclear a toda aquella que está contenida en el núcleo de los átomos y que se encarga de mantener unidos en su interior a protones y neutrones. Cuando se libera, esta puede convertirse en energía eléctrica, útil para abastecer todo tipo de instalaciones, mecanismos y hogares. Pero, ¿cómo puede liberarse?

Actualmente, existen dos procesos para lograr ese objetivo: la fusión y la fisión. Y, aunque su nombre incite a confusiones, se rigen por principios muy distintos. La fusión se basa en la generación de energía debido a la unión de dos núcleos ligeros, tal y como ocurre, por ejemplo, en el Sol. Por su parte, en la fisión, un núcleo experimenta justo lo contrario: se divide.

Sin embargo, los métodos de obtención de energía están aún en desarrollo, y la primera central para generación de energía basada en fusión no parece que vea la luz hasta, al menos, el año 2035. Por otro lado, las instalaciones basadas en fisión llevan en funcionamiento desde 1942, permitiendo obtener energía nuclear a partir de la división de núcleos en una cámara conocida como reactor nuclear y que actúa como protagonista de la central.

En esos procesos de fisión, el núcleo de un átomo pesado captura un neutrón y, como consecuencia, se divide en dos o más núcleos de átomos más ligeros. Es una reacción que, además, tiene como resultado otros neutrones, rayos gamma y grandes cantidades de energía. Pero, ¿por qué sucede así? Pues bien, todo se debe a que, al captar el neutrón, el núcleo se vuelve inestable y dividirse en diferentes fragmentos más ligeros es su mecanismo para alcanzar de nuevo la ansiada estabilidad.

LA CENTRAL NUCLEAR

Las centrales nucleares son los centros de operaciones para la obtención de energía nuclear. En el caso de la energía por fisión, representan las instalaciones que albergan la separación del núcleo atómico, y consiguen transformar la energía generada en la reacción en energía eléctrica. El componente central es el reactor, en el cual se aloja el combustible nuclear y desde donde es posible controlar por completo la evolución de la reacción de fisión.

El funcionamiento de la central es simple: la energía generada en el reactor por las reacciones de fisión se utiliza para calentar agua líquida que circula por diferentes circuitos a su alrededor. El agua, al aumentar de temperatura, se convierte en vapor, el cual se utiliza para alimentar las diferentes turbinas y, de esa forma, generar energía eléctrica que se podrá transportar a los puntos de consumo locales.

EL REACTOR: PUNTO CLAVE

El reactor es, por su parte, la base del funcionamiento de la central. Consta de una vasija de acero muy resistente, la cual alberga el material nuclear, es decir, los núcleos atómicos que se van a dividir. Frecuentemente, los materiales más usados son el uranio y el plutonio: el uranio por ser el elemento natural más pesado, y el plutonio porque, al experimentar desintegraciones espontáneas, genera una gran cantidad de energía en fisión.

¿Cuánto sabes sobre energía nuclear?

Dentro del reactor, esos núcleos se distribuyen de una forma específica, siguiendo una cierta geometría para garantizar el mayor rendimiento de la reacción. Al lanzarse los neutrones contra el material nuclear, el núcleo se rompe produciendo, además de los dos núcleos ligeros, una gran cantidad de energía y otros neutrones. Esos neutrones salen a una velocidad tan elevada que será posible que impacten contra más material, desencadenando nuevas reacciones de fisión y dando lugar a una reacción en cadena.

Por su parte, la elevada energía es una consecuencia clave de la ecuación de Einstein. ¿Te suena la fórmula E=mc²? Pues bien, lo que indica es que masa y energía se pueden transformar una en la otra sin problema, es decir, son equivalentes. En nuestra reacción, como el núcleo pesado tiene mayor masa que los dos núcleos ligeros que se producen, la masa sobrante se transforma en energía, que es justamente la que se emite y se aprovecha para generar el indispensable vapor de agua.

En España, existen dos tipos de centrales, las cuales se diferencian únicamente en si el vapor de agua se produce dentro o fuera del propio reactor. Se pueden distinguir por el nombre que recibe ese mecanismo central. Así, en los Reactores de Agua a Presión, el agua circula a través del reactor pero, al calentarse, su transformación en vapor se produce fuera del mismo, en un intercambiador de calor conocido como generador de vapor. Por su parte, en los Reactores de Agua a Ebullición, el vapor se produce directamente en el interior de la vasija de acero.

MECANISMOS DE CONTROL

La energía generada en el reactor es, realmente, muy elevada. Por lo tanto, las centrales deben contar con reactores de alta seguridad que presenten mecanismos para garantizar el correcto control de la reacción. Uno de ellos es, por ejemplo, el accionamiento de unas barras que absorben los neutrones y que permiten poner punto final a la reacción de fisión cuando se desee. Las barras pueden insertarse parcial o totalmente, permitiendo elegir entre detener todas las reacciones o solo algunas de ellas.

Además, el reactor suele estar rodeado de un blindaje de hormigón que intercepta las radiaciones gamma que se producen durante la reacción de fisión. Además, las instalaciones exteriores al reactor, así como las paredes de la propia central, suelen estar construidas a base de materiales que limitan la radiación, para evitar las fugas en caso de accidente y que se conoce como “edificio de contención”.